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第四章 水 泥 第一节 概 述 水泥是水硬性胶凝材料，它在水利、房屋、道桥、海洋开发等各种建筑工程中应用 极广，常用来制备混凝土、砂浆及水泥混凝土制品。 水泥的种类繁多，按其矿物组成可分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、 铁铝酸盐水泥及少熟料水泥或无熟料水泥等。按其用途又可分为：通用水泥、专用水泥 及特性水泥三大类。通用水泥主要用于一般土木建筑工程，它包括硅酸盐水泥、普通硅 酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥以及复合硅酸盐 水泥。专用水泥是指具有专门用途的水泥，如砌筑水泥、道路水泥、油井水泥等。特性 水泥是某种性能比较突出的水泥，如快硬水泥、白色水泥、抗硫酸盐水泥、中热硅酸盐 水泥和低热矿渣硅酸盐水泥及膨胀水泥等。 在每一品种的水泥中，又根据其胶结强度的大小，分为若干强度等级。当水泥的品 种及强度等级不同时，其性能也有较大差异。因此在使用水泥时，必须注意区分水泥的 品种及强度等级，掌握其性能特点和使用方法，根据工程的具体情况合理选择与使用水 泥，这样既可提高工程质量又能节约水泥。 水泥在生产过程中，要消耗大量能源并产生大量CO2及粉尘，而对环境造成影响。 因此，当前一方面应淘汰耗能大、污染严重的小立窑水泥，同时工程中大力节约水泥， 对于保护环境、促进国民经济健康发展，都具有重要意义。 本章主要介绍硅酸盐系列水泥，并在此基础上介绍其它品种水泥。 第二节 硅 酸 盐 水 泥 硅酸盐水泥（又称波特兰水泥），自 1824 年诞生至今，由于其具有丰富的原料资源、 相对较低的生产成本和良好的胶凝性能，已成为最重要的建筑材料之一。 一、硅酸盐水泥生产及其矿物组成 根据现行国家标准 GB175—1999 《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》的规定，凡由硅 酸盐水泥熟料、0 ％～5 ％的石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材 料，称为硅酸盐水泥（即波特兰水泥）。硅酸盐水泥分为两种类型：不掺混合材料的称为 Ⅰ型硅酸盐水泥，代号P ·I ；在硅酸盐水泥粉磨时掺加不超过水泥质量 5 ％的石灰石或 粒化高炉矿渣混合材料的称为Ⅱ型硅酸盐水泥，代号 P ·Ⅱ。 第 1 页 共 23 页 熟料，对硅酸盐水泥而言，是以适当成分的生料，煅烧至部分熔融而得到的以硅酸 钙以主要成分的物料。 （一）硅酸盐水泥的生产 生产硅酸盐水泥的原料主要是石灰质原料（如石灰石、白垩等）和粘土质原料（如 粘土、黄土和页岩等）两类，一般常配以辅助原料（如铁矿石、砂岩等）。石灰质原料主 要提供CaO，粘土质原料主要提供SiO 、Al O 及少量的Fe O ，辅助原料常用以校正Fe O 2 2 3 2 3 2 3 或SiO 的不足。 2 硅酸盐水泥的生产过程分为制备生料、煅烧熟料，粉磨水泥三个主要阶段，该生产 工艺过程可概括为“两磨一烧”如图 4—1 所示。 图4—1 硅酸盐水泥的生产过程 制备生料时配料须准确，粉磨细度应符合要求，并且使各种原料充分均化，以便煅 烧时各成分间的化学反应能充分进行。 生料在煅烧过程中形成水泥熟料的物理化学过程十分复杂，大体可分为下述几个步 骤：①生料的干燥与脱水；②碳酸钙分解；③固相反应；④烧成阶段；⑤熟料的冷却。 其主要反应简述为：生料进入窑中后，即开始被加热，水分逐渐蒸发而干燥。当温度上 升到 500℃～800℃时，首先有机物质被烧尽, 其次是粘土中的高岭石脱水并分解为无定 形的SiO 和Al O 。当温度达到 800℃～1000℃时，碳酸钙进行分解，分解出的CaO即开 2 2 3 始与粘土分解产物SiO 、Al O 及Fe O 发生固相反应。随着温度的继续升高，固相反应 2 2 3 2 3 加速进行，逐步形成 2CaO ·SiO ，3CaO ·Al O 及 4CaO ·Al O ·Fe O 。当温度达 1300℃